Новый «радар» обнаруживает активные разрушители клеток
Клетки человеческого организма должны адаптировать свой белковый баланс к определенным ситуациям, например, к доступности железа или инфекции. Эта адаптация происходит посредством сложного процесса, в ходе которого белки, которые больше не нужны или являются токсичными, помечаются для разрушения путем присоединения к ним небольшого белка, называемого убиквитином. Эта маркировка белка для разрушения путем мечения убиквитином осуществляется лигазами Cullin-RING, или для краткости «CRL». Следовательно, CRL можно рассматривать как «разрушителей» специфических белковых молекул.
В целом, CRL представляют собой крупнейшую коллекцию машин для мечения убиквитина, насчитывающую более 300 участников. Исследователь Лукас Хеннеберг объясняет: «Вы можете себе представить, что 300 различных CRL внутри клетки подобны флоту разрушителей, каждый из которых способен атаковать свою цель. Бактерии, белки, которые могут привести к дальнейшему повышению уровня железа до токсического уровня или которые помешают иммунному ответу вылечить инфекцию, должны быть уничтожены. Такие белки являются мишенью разрушителей CRL».
Но какой из 300 различных CRL участвует в адаптации к множеству различных условий сотовой связи, неизвестно, поскольку до сих пор было сложно определить, какие именно эсминцы во флоте включены в любой момент времени.
Флот CRL по сути плавает в море, которое находится внутри ячейки, и каждый из них индивидуально ожидает сигнала о его необходимости. Когда возникает сигнал, необходимый CRL временно включается путем присоединения другого белка, называемого NEDD8. Как только разрушительное действие CRL больше не требуется, CRL отключается путем удаления NEDD8.
Исследователи из лабораторий Бренды Шульман из Института биохимии Макса Планка (MPI) и Сачдева Сидху из Университета Ватерлоо разработали первый из двухэтапных методов определения того, какие CRL прикреплены к NEDD8 и, таким образом, включены. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
Команда создала синтетическое антитело, распознающее CRL-молекулярные машины, прикрепленные к NEDD8. Исследователи определили кристаллическую структуру, по сути, трехмерную молекулярную фотографию, показывающую, как антитело может захватывать NEDD8, прикрепленный почти ко всем CRL, только тогда, когда CRL включен, что позволяет уничтожить убиквитиновую метку белков. Таким образом, синтетическое антитело представляет собой зонд, основанный на активности, или «молекулярный радар», который может определить, какие CRL активированы, чтобы пометить целевые белки для разрушения.
Затем ученые из отделений Бренды Шульман и Матиаса Манна в MPI биохимии разработали второй этап нового метода, чтобы выяснить, какие из всего парка CRL включены в нормальных клеточных условиях, а какие - адаптироваться к меняющимся клеточным потребностям. Молекулярные машины CRL, связанные с антителом, то есть активные, были удалены из клеток и собраны, чтобы использовать современную масс-спектрометрию для измерения того, какие и сколько CRL были активны в клетках при определенном момент времени.
В текущем исследовании авторы смогли определить, какие CRL активируются в ответ на железо, а какие — при клеточных признаках воспаления. Авторы также изучали CRL, активируемые для действия так называемых «деградирующих» препаратов. Препараты-деструкторы — это методы лечения, которые заставляют CRL нацеливаться на вызывающий заболевание белок для разрушения. На данный момент препараты-деструкторы используются для лечения некоторых видов рака, хотя эта концепция исследуется и для других заболеваний.
Новый метод показал, что доступное количество определенных CRL варьируется в разных типах клеток, что влияет на эффективность препаратов-деградаторов. Чем больше «разрушителей» CRL уже включено в клетку, тем быстрее молекула-деградатор может вызвать устранение белка, вызывающего заболевание.
Исследователи также объединились с лабораторией Питера Мюррея в Институте биохимии MPI для изучения активных CRL в клетках, называемых макрофагами. Макрофаги — это особые типы клеток, от которых зависит наша иммунная система для выполнения различных целебных функций. Сравнение активных CRL-молекул макрофагов, специализирующихся на борьбе с бактериями, с молекулами макрофагов, специализирующихся на заживлении ран, выявило четкие различия, которые предполагают типы адаптации, необходимые макрофагам для выполнения этих очень разных функций.
Результаты этого исследования дают беспрецедентный взгляд на участников, участвующих в динамических изменениях нашего белкового баланса и их участие в патофизиологических состояниях, что может служить ориентиром для использования CRL при разработке новых методов лечения в будущем.
Обсудим?
Смотрите также:
